Bài tập lớn nguyên lý động cơ đốt trong mai văn tiên

Mục đích, ý nghĩa Muốn thiết kế động cơ mới, hoặc sau đại tu phải tính nhiệt để nghiên cứu chu trình theo yêu cầu đề ra cho động cơ mới tỷ số nén, công suất cực đại, mômen có ích lớn nh

BÀI TẬP LỚN NGUYấN Lí ðỘNG CƠ ðỐT TRONG

Loại ủộng cơ Lắp trờn xe S/D V h (lớt) ε Nemax/ne

(ml/v/ph)

Memax/nm (KG.m/v/ph) τ i 2.4L 14

Honda Accord EX 99/87 2,354 10,5 190/7000 22/4400 4 4L

I Mục đích, ý nghĩa

Muốn thiết kế động cơ mới, hoặc sau đại tu phải tính nhiệt để nghiên cứu chu trình

theo yêu cầu đề ra cho động cơ mới (tỷ số nén, công suất cực đại, mômen có ích lớn

nhất) qua các thông số: tổn thất nhiệt, chỉ tiêu công suất, về hiệu suất, Qua đồ thị

công, đường đặc tính ngoài và đồ thị cân bằng nhiệt để xác định các kích thước cơ bản

của động cơ đủ đảm bảo chỉ tiêu công suất (và có khi đảm bảo điều kiện sử dụng cho

trước)

II Nhiệm vụ

Bài tập lớn ĐCĐT bao gồm: Thuyết minh và 01 bản vẽ

Thuyết minh: Khoảng 20 trang, viết tay hoặc đánh máy, gồm 10 chương với nội

dung tính nhiệt cho một loại động cơ cụ thể

Bản vẽ: Dùng giấy ôly A0, gồm 3 đồ thị:

Đồ thị cân bằng nhiệt Xây dựng đường đặc tính ngoài

Đồ thị công

Vẽ tay, có khung tên

III Nội dung tính toán cụ thể (Phần thuyết minh)

Phân tích các dữ liệu có trong đề:

- Loại động cơ: Xăng hay Diesel

- Tỷ số nén ε của động cơ xăng và động cơ Diesel khác nhau

- Chú ý đơn vị trong quá trình tính toán

nM: Tốc độ lúc đạt mômen có ích cực đại ở chế độ toàn tải (Memax)

ne: Tốc độ đạt công suất cực đại ở chế độ toàn tải (Nemax)

Động cơ xăng không có hạn chế tốc độ:

nmin = (15ữ 20)% ne = 20%.7000 = 1400 (vòng /phút)

nM = 4400 ≈ 50% ne (vòng/ phút )

Chương 2

Tính nhiên liệu và hỗn hợp các sản phẩm cháy

1 Chọn nhiên liệu và thành phần của nhiên liệu

Chọn nhiên liệu cho động cơ xăng

Lượng nhiệt tổn hao do thiếu ôxy cháy không hết vì α <1 Theo lý thuyết α=1 thì

xăng cháy hoàn toàn nhưng thực tế α < 1 nên khi cháy bao giờ cũng tổn hao một

lượng nhiệt ∆hu

∆hu= 14.740 (1- α) = 14740.(1 – 0,9) = 1474 (Kcal/Kg)

3 Lượng không khí lý thuyết l 0 cần để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu

957 , 14 23

, 0

145 , 0 8 855 , 0 3 8 23

, 0

8 3 8

= 3

7.2.(1 – 0,9)(0,855 + 3.0,145) = 0,602 (Kg)

⇔

461 , 14 461 ,

15,137% 4,163% 9,024% 71,675%

2 2

0

+

= +

1

0

= +

= +

Nhiệt dung của không khí:

Cvkk = 0,165 + 0,000017.Tc Kcal/kg.độ Nhiệt dung của hơi xăng:

35 , 0 069 , 0 c 0,000017.T 0,165

931 , 0

−

+

=

+ +

=

Chương 3

Quá trình nạp

1 Xác định áp suất trung bình của quá trình nạp Pa

Tính theo nhiều tốc độ (nmin, nM, ne) ở chế độ toàn tải dùng công thức gần đúng sau

đây của Giáo sư tiến sĩ Lenin J.M

Pa =

5 , 3 2 2

2

2 ' 6

2 0

1

1 10 520

tb

h

f

V n

P

Trong đó:

Po = 1 (KG/cm2);

n - Tốc độ vòng quay tại chế độ tính toán;

Vh’ - Thể tích công tác của 1 xi lanh qui ước, tính bằng m3 ;

Vh’ = 1 lít = 0,001m3 Vì chưa xác định được Vh thể tích công tác của 1 xi lanh;

ftb = fe.(ne/1000) m2/lít - Tiết diện lưu thông cần để phát huy Nemax ở tốc độ ne (hay

7000.10.3)1000

≈

=

r a

a r

T P

T P

δ

ε = 10,5 : Tỷ số nén của động cơ

ξ= 0,7: Hệ số tổn thất ở đường ống nạp

Pa =

5 , 3 2 2

2

2 6

2

15,10

5,05,10.7,0

1.0021,0

001,0.10.5201

(99325,

0

15,10

5,05,10.7,0

1.0021,0

001,0.10.520

14001

2

5 , 3 2 2

2

2 6

2 min

Cm KG

0

15,10

5,05,10.7,0

1.0021,0

001,0.10.520

44001

2

5 , 3 2 2

2

2 6

2

Cm KG

0

15,10

5,05,10.7,0

1.0021,0

001,0.10.520

70001

2

5 , 3 2 2

2

2 6

2

Cm KG

ψ γ

1

. ''

0

r

r r

+

Τ +

K Trong đó:

− Ρ

Τ Ρ

.

. 0'

βε

Pr, Tr - áp suất và nhiệt độ đầu quá trình nạp

C

C

Τ

Τ

Đối với động cơ xăng: ψ = 1,2

Tr’=

m m

r

a r

Ρ

Τ 0K Với m = 1,38 - Chỉ số dYn nở đa biến

0'

=

−

=ΤΡ

−Ρ

ΤΡ

r r a

r

βε

01,1

99325,

0.1000

1 38 , 1 1

ΡΤ

−

−

m m

r

a

673,3422

,1.0315,01

406,995.2,1.0315,0318

Τ+

Τ

=

⇒

ψγ

ψγ

r

r r a

0'

=

−

=ΤΡ

−Ρ

ΤΡ

r r a

r

βε

07,1

93476,

0.1100

1 38 , 1 1

ΡΤ

−

−

m m

r

a

7,3402

,1.0321,01

82,1059.2,1.0321,0313

Τ+

Τ

=

⇒

ψγ

ψγ

r

r r a

c. Víi n = n e = 7000 (Vßng/phót):

0'

=

−

=ΤΡ

−Ρ

ΤΡ

r r a

r

βε

15,1

84086,

0.1200

1 38 , 1 1

ΡΤ

−

−

m m

r

a

4,3402

,1.0355,01

88,1100.2,1.0355,0308

Τ+

Τ

=

⇒

ψγ

ψγ

r

r r a

3 Khối l−ợng nạp đ−ợc trong 1 chu kỳ cho Vh = 1 lít G nl

ở động cơ có 5000 vòng/ phút sẽ có 2500 chu kỳ n loại động cơ 4 kỳ ở đây tính

cho Vh’ = 1 lít vì ta ch−a xác định Vh của 1 xi lanh

1

5,0

−Τ

−Ρ

=

ε

ε

a a

h a R

10 ) 1 5 , 10 (

673 , 342 8337 , 27

) 5 , 0 5 , 10 (

001 , 0 99325 ,

0 10

1

5 , 0

, 180

ckl mg R

V G

a a

h a

− Ρ

=

ε ε

10.)15,10.(

7,340.8337,27

)5,05,10.(

001,0.93476,

010.1

15,0

180

ckl mg R

V G

a a

h a

−Ρ

=

εε

Gckl = G180 .γd = 1037,61.1 = 1037,61 (mg/ckl)

4,340.8337,27

)5,05,10.(

001,0.84086,

010.1

15,0

, 180

mkl mg R

V G

a a

h a

−Ρ

=

εε

∆+Τ

Τ

−Ρ

Ρ

−Ρ

0

0 0

.1

.εε

318

273.5

,9

01,199325,

0.5,10288.5,9

.5,10

/ 0

=

=

−

=Τ

Ρ

−Ρ

803,0

318

273.5

,9

07,193476,

0.5,10273.5,9

.5,10

/ 0

=

=

−

=Τ

Ρ

−Ρ

308

273.5

,9

15,184086,

0.5,10273.5,9

.5,10

/ 0

=

=

−

=Τ

Ρ

−Ρ

461,14

571,9861

461,14

61,10371

1 l0 +

461,14

04,11211

nlckl u u

C C

G

G h

Τ

− Τ

= +

∆

−

.

1

.

γξ

Gnlckl - Mức nhiên liệu trong một chu kỳ sống với Vh’ = 1 lít;

Gckl - Khối l−ợng nạp đ−ợc trong một chu kỳ cho Vh’ = 1 lít;

α - Hệ số d− không khí;

l0 - L−ợng không khí lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu;

ξ - Hệ số sử dụng nhiệt có tính mất nhiệt vì phân ly các phần tử khí, chọn theo

Τ 2 +BΤ +C=

a. Với n tt = n min = 1400 (Vòng/phút):

T T

T T

T

C C

G

G

h

O Z

Z Z

Z Z

z Z

c vhht z

vsfc r

ckl

nlckl u

u

38 , 2546

0 64 , 621 185

, 0 10

,

508

51 , 602 51 , 602 10 583 , 1 178 , 0 ).

10 322 , 2 185 , 0 ( 0315

0 1 571

,

986

223 , 68 1474 10400

2 5

5 5

=

⇒

=

− +

⇔

+ +

= +

−

⇔

Τ

− Τ

= +

T T

T T

T

C C

G

G h

O Z

Z Z

Z Z

z Z

c vhht z

vsfc r

ckl

nlckl u

u

06 , 2712

0 52 , 672 185

, 0 10

,

532

36 , 739 36 , 739 10 583 , 1 178 , 0 ).

10 322 , 2 185 , 0 ( 0321

0 1 61 , 1037

752 , 71 1474 10400

1

.

.

2 5

2 5

5 5

=

⇒

=

− +

⇔

+ +

= +

−

⇔

Τ

− Τ

= +

T T

T T

T

C C

G

G

h

O Z

Z Z

Z Z

z Z

c vhht z

vsfc r

ckl

nlckl u

u

25 , 2777

0 66 , 693 185

, 0 10

,

542

63 , 793 63 , 793 10 58 , 1 178 , 0 ).

10 322 , 2 185 , 0 ( 0355

0 1 04

,

1121

522 , 77 1474 10400

2 5

5 5

=

⇒

=

− +

⇔

+ +

= +

−

⇔

Τ

− Τ

= +

Τ

Τ

Ρ

38 , 2546 337 , 18 083 , 1

Τ

Τ Ρ

c

z c

06,2712.935,21.083,1

Τ

ΤΡ

c

z c

25,2777.585,20.083,1

Τ

ΤΡ

c

z c

93,8335 , 1

61 , 84

2477 , 1

Ρ

n z

c Víi n tt = n e = 7000 (Vßng/phót):

5 , 10

01 , 78

23 , 1

Ρ

n z

38 , 2546

1 35 , 1 1

06 , 2712

1 2477 , 1 1

25,2777

1 23 , 1 1

−

Ρ

−Ρ

−

=

1

.1

1

1

1 2

'

n n

t

εε

35 , 1

51 , 3 5 , 10 93 , 83 1 5 , 10 1

1

1

.

1 1

2

1 2

−

−

Ρ

− Ρ

−

=

n n

t

εε

2477 , 1

5 , 4 5 , 10 61 , 84 1 5 , 10 1

1

1

.

1 1

2

1 2

−

−

Ρ

− Ρ

−

=

n n

t

εε

23 , 1

326 , 4 5 , 10 01 , 78 1 5 , 10 1

1

1

.

1 1

2

1 2

−

−

Ρ

− Ρ

−

=

n n

t

εε

Pch - áp suất tổn hao vì nhiệt mất cho công cơ học (khắc phục ma sát và chuyển

động các cơ cấu phụ);

Pi - áp suất chỉ thị trung bình ứng với đồ thị công của chu trình

Động cơ không tăng áp hoặc tăng áp bằng tuốc bin khí

1400 099 , 0 30

1006 , 1 1

η

b n tt = n M = 4400 (Vòng/phút):

52 , 14 30

4400 099 , 0 30

3876 , 2 1

c Víi n tt = n e = 7000 (Vßng/phót):

1 , 23 30

7000 099 , 0 30

503 , 3 1

gi =

( 1).

.

.

270000

0 0

0

+ Τ

83 , 194 461 , 14 288 837 , 27 1723 , 10

10 851 , 0 1

270000

1

.

270000

3 0 0 0

=

=

+ Τ

Ρ

Ρ

=

l R

g

hht i

v i

α

η

42,218892

,0

83,194

g g

b n tt = n M = 4400 (Vòng/phút):

)kg/m.l.h(

72,157461,14.288.837,27.858,11

10.803,0.1

270000

1

270000

3 0 0 0

=

=

+Τ

Ρ

Ρ

=

l R

g

hht i

v i

α

η

4,197799

,0

72,157

g g

c Với n tt = n e = 7000 (Vòng/phút):

) kg/m.l.h (

62 , 148 461 , 14 288 837 , 27 22 , 11

10 716 , 0 1

270000

1

.

270000

3 0 0 0

=

=

+ Τ

Ρ

Ρ

=

l R

g

hht i

v i

α

η

02,216688

,0

62,148

g g

η gam/ml.h (gam/ mY lực, giờ)

3 Công suất thực tế N e ở các tốc độ

Ne =

τ

450

.V h i n

e

Ρ

m.l Nh−ng đến đây ta ch−a xác định Vh của 1 xi lanh nên tại các tốc độ nmin, nM phải

xác định Ne dựa vào tỷ lệ

a Công suất thực tế N e ở chế độ N min

Nemin = Nemax 44,65

7000.72,7

1400.07,9.190

4400 475 , 9 190

.

=

= Ρ

Ρ

e eN

M eM

6 Các hiệu suất của động cơ

* Hiệu suất nhiệt ηt (ứng với chu trình lý thuyết)

,10

11

εη

* Hiệu suất chỉ thị (ứng với đồ thị công) ηi

(mới tính đến mức hoàn thiện quá trình phối khí và cháy)

ηi =

u

i h

g 632

a n tt = n min = 1400 (Vòng/phút):

ηi = 10 0 , 312

10400 83 , 194

632

b n tt = n M = 4400 (Vòng/phút):

10400 72 , 157

632

c Với n tt = n e = 7000 (Vòng/phút):

10400 62 , 148

632

a n tt = n min = 1400 (Vòng/phút):

ηe = ηi - ηch = 10 0,278

10400

42,218

632

n tt = n M = 4400 (Vßng/phót):

ηe = ηi - ηch = 10 0 , 308

10400 4 , 197

632

b Víi n tt = n e = 7000 (Vßng/phót):

ηe = ηi - ηch = 10 0 , 281

10400 02 , 216

632

Trong tÝnh to¸n chÝnh x¸c: ηt > ηi > ηe

Chương 8

Xác định các kích thước cơ bản của động cơ

Việc xác định các kích thước cơ bản của động cơ xuất phát từ các thông số:

Nemax - Công suất lớn nhất tại số vòng quay ne;

Nehd - Công suất lớn nhất tại số vòng quay nhd;

PeN - áp suất trung bình thực tế tại số vòng quay đạt Nemax, Nehd

Từ công thức: Nemax =

τ

450

.V h i n

e

Ρ

⇒Vh =

i.n Pe.

450 Nemax τ =

7000 4.

72 , 7

4 450 90 1

= 1,582(lít)

Chương 9

Cân bằng nhiệt của động cơ

Trong phần cân bằng nhiệt này sẽ tính xem toàn bộ lượng nhiệt do hỗn hợp cháy

phát ra Q1 (ở chu trình lý thuyết là lượng nhiệt cấp vào) phân bố như thế nào cho phần

nhiệt sinh công có ích thực sự (Ne) tức là Qe Phần nhiệt Qlm + x theo nước làm mát và

khí xả ra ngoài (ở chu trình lý thuyết đây là Q2 đưa ra nguồn lạnh, mất theo định luật

2 của nhiệt động học) Phần Qch mất cho công cơ học Phần Qlhlt các tổn thất do cháy

Chương 10

Cách dựng các đồ thị khi tính nhiệt

1 Dựng đường đặc tính ngoài N e , M e , G e

Tính ở 3 chế độ tốc độ ta có 3 điểm cho mỗi đường cong trên và vẽ chúng theo

dạng các đồ thị mẫu qua 3 điểm đó (chú ý: Nemax tại ne, Memax tại nM, và gemin tại nmin

mm

; àV =  lit 

mm

Bước 2: Tìm các điểm trung gian

Để xây dựng đường nén đa biến a-c cũng như đường dYn nở đa biến z-b ta phải

xác định các điểm trung gian tuân theo quy luật nén đa biến n1 và dYn nở đa biến n2.Ta

.

n

c

a a n

c

a

l

l V

.

n

i

a a n

ci

a

l

l V

a

c z n

c a

z n

z

l l

c i

z

l l

c

p

p l

Dùng phương pháp hạ 1 đoạn thẳng bằng lvh xuống phía dưới và kẻ song song với

lvh Lấy điểm O làm điểm giữa của đoạn thẳng này quay 1/2 vòng tròn Dịch từ điểm

O sang bên phải theo chiều từ điểm… xuống điểm…dưới 1 đoạn OO’ = R.λ/2 = R/ 8

R: Chính là bán kính quay của khuỷu = S/2

λ: Tham số kết cấu λ = R/L

Để xác định điểm C’ :θ = 150 (theo góc quay trục khuỷu) Từ O ta kẻ một góc 150

và cắt vòng tròn tại m và từ O’ ta kẻ một đường song song cắt đường tròn tại n Từ n ta

dóng lên phía trên gặp đường cong a-c điểm đó chính là C’

Cách xác định C1; Pc1 = (1,2ữ1,25).Pc

Đến C1 pitong đến DC1 và xuống ngay nên áp suất Pz tính toán hụt 15% và chỉ còn

Pz1

Cách xác định điểm b’ trên đường dYn nở z-b

Giả thiết ta muốn xác định điểm b’ ở một góc mở sớm của xupap thải là 600 (Theo

góc quay của trục khuỷu)

Từ điểm O ta đặt 1 góc 600 có cạnh cắt vòng tròn tại điểm P Từ O’ kẻ 1 đường

song song với OP cắt vòng tròn tại Q Từ Q dóng song song với trục tung cắt đường zb

tại điểm Điểm đó chính là b’ cần tìm

Sau khi mở sớm xupap thải tại điểm b’ áp suất sẽ tách khỏi đường b’b’ và theo

đường b’-b1

Cách xác định b1: Pb1 = (1/2),(Pb - Pa) điểm giữa của Pb và Pa

Bước 4: Nối các điểm của đồ thị

Sau khi đY xác định các điểm c’, c1, z1, b’, b1

Việc hoàn chỉnh đồ thị bằng cách nối các điểm và tô đậm theo cách vẽ kỹ thuật

các đường liền từ a-c’-c1 Từ c1 - z1 Từ z1 đếm b’, b1 Từ b1 đến r và từ r đến a

Những điểm đồ thị không đi qua sẽ được biểu thị bằng nét to đứt mảnh như c’=c,

z, z1, b’-b

Các diện tích bao quanh bởi c’cc1, c1zz1, b’bb1 được gạch mặt cắt biểu thị sự tổn

thất công